低压管道设计报告(低压管道设计压力)

取水工程的规划布置 1、井灌区 1)新建井灌区（1）根据当地水文地质条件，确定井型、单井出水量计算单井控制灌溉面积： 式中：F0—单井控制灌溉面积（亩）； Q—单井出水量，丁庄为38m3/h，小渭为45m3/h； T—典型区斗渠轮灌一次所需要的时间为10天； t—灌溉期每天开机时间为16h； —灌溉水利用系数0.90； 1—干扰抽水的水量消减系数， 1=0.2； m—综合净灌水定额，45m3/亩。丁庄：F0=38×10×16×0.90×（1-0.2）/45=97亩。小渭：F0=45×10×16×0.90×（1-0.2）/45=115亩。（2）井距计算：方形排列布井：丁庄： =25.8× =254m 小渭： =25.8× =276m 梅花形网状布井：丁庄： =27.8× =273m 小渭： =27.8× =298m 式中：L0—井距（m）。 规划区机井眼数N为：丁庄： =1800/97=18.5眼，取19眼。小渭： =2230/115=19.4眼，取20眼。（3）井群布置：布置原则：水力坡度较大的地区，应沿等水位线交错布井。水力坡度较小的地区，应采用梅花形或方形网格布井。地面坡度大或起伏不平的地区，井应布置于高处，以便于输水和控制最大的灌溉面积。地面坡度平缓地区，井应布置在其控制区中央。沿河地带，井行应平行与河流布置。此外，还要充分考虑井位与输变电线路、道路、井带、排灌渠道等的合理结合。 2)已建井灌区已建井灌区的机井成井时间较长，机井质量已发生变化。一些因淤积或地下水位下降而出水量减少，另一些则由于过多地增打新井造成了机井密度过大，单井出水量过小而形成了不合理的机井布局。因此，对规划区现有机井状况进行普查，必要时对井位进行调整。 2、渠灌区渠灌区管道输水灌溉系统，设计从斗渠农渠口取水，满足自流灌溉要求时，将水引入进水池后连接管道。当斗渠高程不能满足自流灌溉要求时，将水引入进水池后用水泵提水进入管道。引水时在斗渠引水岸边建分水闸，分水闸前建拦污栅和拦沙槛，拦截渠道中杂草和泥沙，斗渠上建节制闸调节渠道水位、流量。分水闸后通过渠道或涵管引水入进水池，然后进入管道。（三）管网规划布置采用半固定式布置型式，水流进入输水畦沟采用硬塑料管接头连接地面移动软管，软管长度由输水沟畦长度确定。（1）末级管道的走向与作物种植方向一致，移动软管或田间垄沟垂直于作物种植行，出水口间距70～100m。（2）末级管道垂直于种植方向，沿生产路布置，出水口间距控制在35～40m，顺种植方向布设软管。（3）规划时首先确定给水栓的位置。给水栓的位置应当考虑到灌水均匀。（4）在已确定给水栓位置的前提下，力求管道总长度最短。管道尽量平顺，减少起伏和折点。（5）井灌区的管网宜以单井控制面积作为一个完整系统。渠灌区应根据作物布局、地形条件、地块现状等分区布置，尽量将压力接近的地块划分在同一分区。（6）管网布置要尽量平行于沟、渠、路、林带，顺田间生产路和地边布置，以利耕作和管理。（7）充分利用已有的水利工程。（8）充分考虑管路中量水、控制和保护等装置的适宜位置。（四）田间灌水系统布置田间灌水系统是指给水栓以下的田间沟渠或配水闸管，以及灌水沟畦规格等。 1、沟畦灌水规格（1）畦灌畦灌是水在田面上沿畦田纵坡方向流动，逐渐湿润土壤。畦灌灌水要素应根据灌水定额并结合给水栓出口流量、作物布局、灌水定额和土壤质地等因素通过田间试验确定。参考下表。畦田灌水技术要素 项 目 地面纵坡 <1/500 1/500～1/200 >1/200 畦长 (m) 单宽流量 (L/(s.m)) 畦长 (m) 单宽流量 (L/(s.m)) 畦长 (m) 单宽流量 (L/(s.m)) 中等透水性 50～70 5～7 70～100 3～6 80～120 3～5 （2）沟灌对于棉花、玉米、薯类及某些蔬菜等多采用沟灌。沟灌是在作物行间开沟引水，水从输水垄沟或闸管系统进入灌水沟后，浸润沟底土壤的灌水方法。灌水沟的沟距应结合作物行距确定，长度应根据地形坡度大小、土壤通透性及地面平整情况确定。沟灌技术要素见下表。灌水沟适宜规格参数表 项 目 地面纵坡 <1/500 1/500～1/200 >1/200 沟长 (m) 流量 (L/s) 沟长 (m) 流量 (L/s) 沟长 (m) 流量 (L/s) 中等透水性 40～80 0.6～1.0 60～90 0.6～0.8 70～100 0.4～0.6 （2）畦灌灌水方式确定（1）根据作物布局、土壤质地、灌水定额及畦沟灌的布置要求，中等透水，田间比降小于1/500，设计畦长（结合灌水沟沟长）取50m，则双向供水给水栓纵向间距（顺管方向）为2×50=100m。（2）给水栓横向间距为设移动软管系统的管道长度，为运用方便，取软管长度40m，选用给水栓为双向供水，则给水栓横向间距（支管间距）为2×40=80m。（3）轮灌组划分：渠井结合时，轮灌组划分要考虑单井控制面积为一个完整灌水系统。（4）畦田宽度视水源条件和横向比较而定，设计取2.0m，取入畦单宽流量为5.5L/(s.m)，入畦流量为11L/s。（5）补源区畦田规格视水源条件和横向比较相应放大，畦田长50m，支管间距100m，一个出水口控制面积为15亩。入畦单宽流量为4.4L/(s.m)，入畦流量为11L/s。 2.入沟(畦)输水方式（1）输水垄沟输水垄沟仍是当前田间灌溉入畦的主要方式，属于末级输水毛渠。田间支管间距一般在100m左右，故分水口向一侧分水的输水垄沟长度在50m左右。就地挖沟培土，施工简单，开口入畦方便。垄沟底与畦田面保持齐平或稍高于田面，两边培土夯实且高于沟内水面。（2）闸管系统闸管系统是代替输水垄沟的一种先进的节水灌溉措施，是管道系统较理想的配套形式。这种方法是将闸管系统与给水栓连接，水通过闸管直接进入畦田，避免了输水垄沟的部分渗漏。闸管材质多为橡胶管、尼龙管和铝管。闸管一般与末级输水管道垂直布置，这样可控制较多的畦田。闸管也可与管道平行布置，实行退管灌水。特殊情况时，可将数根闸管连接使用，实现远距离输水。五、水力计算（一）灌溉设计流量与灌溉工作制度 1、灌溉设计流量根据设计灌水定额、灌溉面积、灌水周期和每天的工作时间可计算灌溉设计流量。在井灌区，灌溉设计流量应小于单井的稳定出水量。（1）渠灌区当管灌系统内种植单一作物时，按下式计算灌溉设计流量。 式中： —灌溉水利用系数，取0.90； t—每天灌水时间，按实际灌水时间确定取16h； m—设计净灌水定额，45m3/亩； A—系统设计灌溉总面积，丁庄1800亩，小渭2230亩； T—设计灌水周期，10天。渠灌输水干斗设计流量为：丁庄： =45×1800/(0.90×10×16)=562.5m3/h=0.156m3/s=156L/s。小渭： =45×2230/(0.90×10×16)=696.9m3/h=0.194m3/s=194L/s。设计干管为农渠一级输水管道，为减少管道流量，各级干管采用续灌，干管下支管采用轮灌，根据作物需水情况采用分组轮灌（多个出水口）。（2）井灌区按单井出水量计算。丁庄： =38m3/h。小渭： =45m3/h。系统轮灌组数目是根据管网系统灌溉设计流量、每个出水口的设计出水量及整个系统的出水口个数计算的。编制轮灌组原则为：（1）每个轮灌组内工作的管道应尽量集中，以便于控制和管理；（2）各个轮灌组的总数量尽量接近，离水源较远的轮灌组总流量可小些，但变幅不能太大；（3）地形地貌变化较大时,可将高程相近地块的管道分在同一轮灌组，同组内压力应大致相同，偏差不能大于20%；（4）各个轮灌组灌水时间总和不能大于灌水周期；（5）同一轮灌组内作物种类和种植方式应力求相同，以方便灌溉和田间管理；（6）轮灌组的编组运行方式要有一定规律，以利于提高管道利用率并减少运行费用。（二）树状管网各级管道流量计算 1、续灌方式因为整个系统出水口同时出流，所以管网中上一级管道流量等于其下一级管道流量之和。 ； 式中：Q支i、Q干i—分别为第i条干管和支管的入口流量，m3/h； qj—为第i条支管第j个出水口流量，m3/h； n—为第i条干管和支管控制的支管条数和出水口总数。 2、轮灌方式 对于单井出水量小于60m3/h的井灌区，按开启一个出水口的集中轮灌方式运行，此时各条管道的流量均等于井出水量；同时开启的出水口个数超过两个时，按轮灌组计算各级管道流量。（三）水头损失计算 1、沿程水头损失 式中：hf—有压管道沿程水头损失，m； f—沿程水头损失系数，硬塑料管f=0.948×105，混凝土管f=1.516×106； m—流量系数，硬塑料管m=1.77，混凝土管m=2； b—管径指数，硬塑料管b=4.77，混凝土管b=5.33； L—管道长度。对于地面移动软管，根据软管布置的顺直程度及铺设地面的平整程度，沿程水头损失采用塑料硬管计算公式计算后乘以一个系数，该系数取1.2。 2、局部水头损失局部水头损失计算公式为： 式中：hj—局部水头损失，m； —局部水头损失系数； v—断面平均流速，m/s； g—重力加速度，g=9.81m/s2。为简化局部水头损失计算，通常取沿程水头损失的12%。 3、串联管道水力计算总水头损失： 式中： —串联管道总水头损失，m； —串联管道各管段的水头损失，m； n—串联管道管道数。 4、并联管道水力计算 在串联管道汇合点，管道的流量等于各分支管道流量之和,而各分支管道的水头则相等。 … … 式中：Q—管道总流量； Q1、Q2、Q3、Q4、…—分别为并联的各条管道流量； hw—管道总水头损失； hw1、hw2、hw3、hw4、…—分别为并联的各条管道水头损失。（四）管径确定管径确定要满足下列约束条件：（1）管网任意处工作压力的最大值应不大于该处材料的公称压力；（2）管道流速应不小于不淤流速（0.5m/s），不大于不冲流速（2.5～3.0m/s）（3）设计管径必须是已生产的管径规格；（4）树状管网各级管道管径应由上到下逐级逐段变小；（5）在设计运行工况下，不同的运行方式时，水泵工作点应尽可能在高效区内。经济流速法 式中：d—为管道直径，mm； v—管道内水的流速，经济流速取值： v=1.4m/s； Q—计算管段的设计流量，m3/h。（五）树状管网水力计算 1、确定管网水力计算的控制点管网水力计算的控制点是指管网运行时所需最大扬程的出流点，即最不利灌水点。一般应选取离管网首端较远且地面高程较高的地点。在轮灌方式中，不同的轮灌组应选择各轮灌组的设计控制点。 2、确定管网水力计算的线路管网水力计算线路是自设计控制点到管网首端的一条线路。对于不同的轮灌组，水力计算的线路长度和走向不同，应确定各轮灌组的水力计算线路。对于续灌方式则只需选择一条计算线路。 3、确定管段流量在已确定的计算线路中，首先分别计算各级管道的流量。将给水栓作为节点，根据各节点出流量及各管段流量，自控制点沿计算线路向上级逐级推算各管段设计流量。不同轮灌组的计算线路的管段流量可列表计算。同时，还应计算出各配水支管中各管段的流量。 4、各管段管径及水头损失计算（1）给水栓工作水头软管管径一般为50～110mm，长度一般不超过100m，给水栓工作水头计算如下： +(0.2～0.3) 式中：Hg—给水栓工作水头，m； hyf—移动软管沿程水头损失，m； hgj—给水栓局部水头损失，m； —移动管道出口与给水栓出口高差，m。 当出水口直接配水入畦时，式中hyf=0； =0。（2）干管各管段管径确定对于需配置机泵的管网，首先根据各管段流量和管材确定经济流速，然后根据管段流量和经济流速确定管径。确定经济流速时，累计通过水量大的管段应选较小值，累计通过水量小的管段应选较大值。对于已有水泵或自压管网系统，由于管网首端水压已定，首先应根据各出水口高程及所需水头计算线路中各级管道的水力坡度，然后根据各管段设计流量计算管径，最后选择与计算管径值接近的商用管径。管径选择时，下游管径不应大于上游管径。选择完毕后，还应根据不淤流速和最大允许流速校核各级管道的流速。（3）水头损失计算 根据选用的管材和各管段管径，计算各管段沿程水头损失和局部水头损失。不同轮灌组各管段管径和水头损失应分别计算。在各轮灌组共用的干管管段中应当选取相同的管径，最后选取管网首端压力最高的轮灌组压力为系统设计压力。计算时，局部水头损失暂按沿程水头损失的12%计算。 5、控制线路各节点水头推算输水干管线路中，各节点水压是根据各管段水头损失和节点地面高程自下而上推算得出的。 式中：H0—为上游节点自由水头,m； H1—为上游节点高程,m； H2—为下游节点高程,m； —为上下游节点间总水头损失,m。 管网各节点及沿线不得出现负压，节点自由水头应满足支管配水要求，且不得大于管材的允许工作压力。管材入口节点的水压确定之后，可根据净沿程计算水泵所需总扬程，以便选择适宜的机泵。 6、配水支管的管径确定首先根据各支管首末端水头计算各支管平均水力坡度，然后计算各条支管管径。支管中间如有出流，可先确定出流处的水压，由此确定出流处上下管段的平均水力坡度，再分别计算处管段的管径。与干管管径的确定方法不同，支管按水力坡度确定管径。对于自压式和机泵已配置的输配水管网系统，选出各支管最不利灌水点作为控制点计算各支管平均水力坡度，然后根据各管段设计流量和平均水力坡度由下式确定管径。 式中：i—为平均水力坡度，为管段上游节点与下游节点水头差除以管段长度；其余符号同前。 7、水泵扬程计算与水泵选择（1）管网入口设计压力计算管网入口是指管网系统干管进口。在采用潜水泵和深水泵的井灌区，管网入口在机井出口处；使用离心泵的水源，管网入口在水泵出口处。管网入口设计可按下式计算： 式中： —管网入口设计压力，m； —为计算管线沿程水头损失，m； —为计算管线局部水头损失，m； —为设计控制点与管网入口地面高程之差，m； —为设计控制点给水栓工作水头，m，一般取0.2～0.3m。（2）水泵扬程计算 对于使用潜水泵和深水泵的井灌区，水泵扬程按下式计算： 式中：Hp—水泵扬程，m； Hm—机井动水位，m； Hp—水泵进出水管总水头损失，m。 对于使用离心泵的水源，水泵扬程按下式计算： 式中：Hp—水泵扬程，m； Hs—水泵吸程，m； Hp—水泵吸水管及底阀水头损失，m。（3）水泵选型 根据以上计算的水泵扬程和系统设计流量选取水泵，然后根据水泵的流量～扬程曲线和管道系统的流量～水头损失曲线校核水泵工作点，保证水泵在高效区运行。对于按轮灌组运行的管网系统，可根据不同轮灌组的流量和扬程进行比较，选择水泵。若控制面积大且各轮灌组流量和扬程差别很大时，可选择两台或多台水泵分别对应各轮灌组进行提水灌溉。六、机泵选配与测试有效功率： 式中： —液体重度，100N/m3； Q—流量，m3/s； H—水泵扬程，m。效率，指水泵的有效功率与水泵轴功率的比值，用下式计算： 水泵选择原则（1）根据水源情况选择泵型。对水源埋深较浅且变幅不大的水源，可选用效率高、造价低、维修方便、使用寿命长的离心泵，流量大的选用双吸离心泵；对水位埋深较大，不能选用离心泵的浅井水源，如扬程不大，可选用单级潜水电泵；对水位埋深较大，扬程较大的水源（如深井）可选用多级潜水电泵（如QJ系列泵）或长轴深井泵（如JC系列泵）。 （2）对于管井（浅机井、深井），选择的井泵适用的最小井径必须小于井管内径。 （3）所选泵的流量不得大于井的最大涌水量。 （4）水泵要能满足各轮灌组运行流量和扬程的要求。 （5）长期运行时的平均效率最高，机泵及附属设施投资最省。 （6）操作维修方便，运行管理费用最小。 （7）对最高（或最低）扬程的轮灌组进行工作点校核，符合水泵高效运行要求。 （8）根据电源容量大小、电压等级、水泵轴功率、转速以及传动方式等条件确定电动机的类型、容量、电压和转速等工作参数。七、管材及其附属设施 1、管材选择选择原则：（1）考虑当地的经济技术条件；（2）考虑应用条件及施工环境的特殊要求； 2、附属设施（1）给水装置给水装置是连接三通、立管、给水栓（出水口）的统称。采用移动式给水栓出水口。移动式给水装置：下栓体固定在地下管道的立管上并配有保护盘，上栓体可移动使用，控制给水和出水方向。（2）安全保护装置 主要有：进（排）气阀、安全阀、逆止阀、泄水阀等。主要作用分别是破坏管道真空，排除管内空气，减少输水阻力，超压保护，调节压力，防止管道内的水回流入水源而引起水泵高速反转。（3）分（取）水控制装置 主要有：闸阀、截止阀等。（4）测量装置 测量压力和流量装置。主要有：弹簧管压力表，水表，流量计。八、管道工程施工管道输水灌溉工程具有工程隐蔽、投资大、使用时间长等特点。工程实施时，要制定详细的施工计划，严格安装施工程序，认真执行设计意图，精心施工。管道安装的一般规定：（1）管道安装前认真复测管槽、建筑物基坑是否符合图纸要求。（2）管道安装时，如遇地下水或积水，应采取排水措施。（3）检查地基的承载能力和稳定性，对不符合设计要求的地方应进行处理，然后再进行安装。（4）管道穿越公路、沟道等处时，应采取加套管、砌筑涵洞或架空等措施加以保护。（5）附属设备与沟道连接后，应垫置加固支撑，避免设备的重量加压在管道上。（6）管道安装施工过程中，及时填写施工记录并分施工内容进行阶段验收，尤其对一些意外情况的处理应填写清楚。（7）管道安装工作间断期间，应及时封闭敞开的管口。（8）管道连接时，应严格安装已定的施工方法和程序进行。（9）管道工程完工后，及时整理施工记录，绘制施工图，编写竣工报告等。管槽开挖 管槽断面型式根据现场土质、地下水位、管材种类和规格、最大冻土层深度以及施工方法确定。管道铺设多采用沟埋式，其断面型式主要有矩形、梯形、复合断面三种。 管槽的底部开挖宽度和深度满足下式： D 200mm的管材 D>200mm的管材 式中：B为管槽底部宽度，D为管子外径，H为管槽的开挖深度，h为最大冻土深度。 管槽的开挖深度还应满足外荷结构设计要求，对塑料软管，其最小埋深不小于0.7m。九、运行管理（一）管理组织与制度 1、建立健全管理组织，分级管理与专业承包结合 2、实行管理责任制（1）以村为单位，建立群众性的管道灌溉专业队（组）；实行四统管、三监督。对全村的水源（如机井和塘坝）和机泵、管道，统一调度使用；以机井为单位，实行计划用水，由专业队统一购油、贮油（供电、用电），按机型和控制面积分配油（电）指标；机泵的大修由专业队统一负责，小修由专业户负责；机具配套和挖掘水源，由专业队统一实施。监督灌溉承包合同执行情况；监督浇地质量，不断改进灌水技术；监督用水农户按规定缴纳水费。（2）实行专业承包制。对小范围的灌溉面积，实行专业户承包。村委会将水源、机具承包到户，实行单机核算，由专业户与用水户签订合同。村委会将机具维修好后，作价保值，承包给机井管理员使用，并按实际情况划定灌溉面积。机泵、管道、机房及工具等一切设施均有专业户负责看管和养护；按用水计划给用户浇地，做到浇透灌匀；按规定合理征收水费；村委会对专业户制定管理措施。（3）管理考核内容。对于灌溉专业队或承包专业户，要由上一级管理部门制订管理考核标准。考核内容包括：机泵管道配套完好率，灌水定额、单位时间、灌水总量、灌溉面积，浇地成本，水费征收情况与维修费用，机手操作技能，运行费用支出等。（二）工程运行与管理 1、水源工程的使用与维修 对水源工程进行经常性的养护，在灌溉季节前后，及时清淤除障或整修，注意观察水量和水质的变化，掌握机井的技术指标，如井深、水位、出水量、水中含沙量等。 2、机泵运行与维修 做好开机前的检查和准备工作，开机运行后检查机泵是否正常运行，停机后加强机泵保护和维修工作。 3、管道运行与维修 （1）防止水击破坏，做到先开出水口后开机，先停机后关出水口；在缓慢打开第二个出水口后，再缓慢关闭第一个出水口。 （2）灌水方式最后由近及远或由远及近逐块灌水，在第一轮灌组结束之前，应将第二轮灌组控制阀门和出水口打开，然后再关闭第一轮灌组阀门和出水口 （3）管网运行时，若发现地面渗水，应在停机后待土壤变干时将渗水处挖开露出管道破损位置，按相应管材的维修方法进行维修。（三）灌溉用水管理 1、灌水计划的安排与实施（1）根据拟定的作物灌溉制定，科学安排灌水计划、合理分配不同轮灌组的水量、灌水时间、灌水次序，做好全面计划安排等。每次灌水前，还要根据当时作物生长及土壤墒情的实际情况对灌水计划进行修改。（2）提高灌水质量，按灌水定额将水量均匀地施入田间，切忌大水漫灌，防止深层渗漏和沿程损失，提高用水效率。提高灌水技术，灌水畦田化。合理确定畦田规模、畦长、畦宽、入畦单宽流量和改水成数。 2、征收水费 制定水费标准，合理征收水费。 3、建立灌溉用水档案 建立灌溉用水和运行记录档案，及时填写灌溉计划、机泵运行和田间灌水记录表。十、经济效益分析（一）投资费用 管道输水灌溉工程投资费用包括：水源工程建设费、管材费、管件费、施工费及其他材料费。 管材费包括材料本身购置费、运输费、装卸费。 管件费包括出水口、给水栓、弯头、三通、四通、排水口、进排气阀、安全阀、闸阀、机泵的上水管与管道连接装置等。 施工费包括短途运输、装卸、挖沟开槽、接管用工、加固给水栓、出水口、回填及配水建筑物的用工及材料费和竣工试水验收等费用。（二）年运行费（1）燃料动力费；系指用于管道输水所耗用的油、电等。 式中：F—克服百米管道损失所需年运行管理费，元； Q—管道流量，井灌区Q=11L/s，渠灌区Q=193L/s； hf—百米沿程水头损失，m； E—电价，元/(kW.h)； T—年运行时间，h，按一次灌水时间乘以年灌水次数； —效率。（2）工程维修费；系指维修、养护工程设施所需的费用，包括日常维修养护、岁修和大修费用，以年平均修理费率计算。（3）管理费，包括管理机构的职工工资，工资附加费以及观测、科研、试验、技术培训、奖励等费用。在灌水过程中，渠道的修筑和护渠用工等也计入管理费用。（三）效益计算水利工程一般应计算设计年和多年平均两项效益指标，对农田灌溉还应计算特殊干旱年的效益。在缺乏不同水文年灌溉增产资料时，可将平水年的灌溉增产效益作为设计年和多年平均增产效益进行计算。管道输水灌溉效益内容包括：（1）节水，分为扩大灌溉面积，改善灌溉面积，缩短灌溉周期适时灌溉。（2）节地。（3）增产。水利增产效益的水利分摊系数一般为0.2～0.6，对农业生产水平中等的半干旱地区，灌溉效益的分摊系数一般为0.5，生产水平较高的地区取0.3～0.4。（四）经济效益分析经济效益分析是根据工程的投资费用，运行费用和取得的各项效益，分析工程的经济合理性。分静态分析法和动态分析法。动态分析各年的工程投资均按每年的年初一次投入，各年的运行费和效益均按每年的年末（第二年初）一次结算，当年不计算时间价值。管道输水灌溉工程的单位技术经济指标一般包括：固定管道长度、亩均移动管道长度、亩均管道工程投资、平均每米管道投资、亩均年耗能费、亩均年用工数量、亩次节能、亩次节水、亩次省工、亩年省工、节地率、亩均年增产量、亩均年增产量、亩均年净效益等。